RFID电子标签

RFID电子标签（培训）

●标签的基本概念

标签也被称为电子标签或智能标签，它是内存并带有天线的芯片，芯片中存储有能够识别目标的信息。

RFID标签具有持久性，信息接收传播穿透性强，存储信息容量大、种类多等特点。有些RFID 标签支持读写功能，目标物体的信息能随时被更新。

●标签在RFID标准系统中的位置

◆应用最广泛的EPC标准

1.物理层（整个系统的物理环境构造）标签（耦合元件（线圈、天线）、芯片

（CMOS工艺、EEPROM技术））、天线、读写器、传感器、仪器、仪表等。

2.中间层（信息采集的中间件和应用程序接口）

3.网络层（系统内部及系统间的数据联系纽带）

4.应用层（EPC后端软件及企业应用系统）

●芯片的组成

电源恢复电路

将RFID标签天线所接收到的超高频信号通过整流、升压等方式转换为直流电压，为芯片工作提供能量。一般采用标准CMOS 工艺来实现肖特基势垒二极管，从而可以方便地采用多级Dickson（电荷泵）倍压电路结构来提高电源转换的性能。

电源稳压电路

在输入信号幅度较高时，电源稳压电路必须能保证输出的直流电源电压不超过芯片所能承受的最高电压；同时，在输入信号较小时，稳压电路所消耗的功率要尽量的小，以减小芯片的总功耗。

解调电路

出于减小芯片面积和功耗的考虑，目前大部分无源RFID 标签均采用了ASK 调制。对于标签芯片的ASK 解调电路，常用的解调方式是包络检波的方式。

反向散射调制电路

无源UHF RFID 标签一般采用反向散射的调制方法，即通过改变芯片输入阻抗来改变芯片与天线间的反射系数，从而达到调制的目的。一般设计天线阻抗与芯片输入阻抗使其在未调制时接近功率匹配，在调制时，使其反射系数增加。常用的反向散射方法是在天线的两个输入端间并联一个接有开关的电容，调制信号通过控制开关的开启，决定电容是否接入芯片输入端，从而改变了芯片的输入阻抗。

启动信号产生电路

在RFID标签中的作用是在电源恢复完成后，为数字电路的启动工作提供复位信号。

时钟恢复产生电路

在接收到的信号中，恢复出clk信号，供芯片使用。

参考源产生电路

产生芯片内部参考电平，一般采用带隙基准源。

控制单元

包括协议控制逻辑及存储器访问功能。

存储器

包括ROM、EEPROM、SRAM等。

●标签的分类

◆频段概念

指读写器通过天线发送、接收并识读的标签信号频率范围。从应用概念来说，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，直接决定系统应用的各方面特性。

无线分为：低频（LF 30Hz-300Hz）、中频（MF 300Hz-3MHz）、高频（HF 3MHz-30MHz）、甚高频（VHF 30MHz-300MHz）、超高频（UHF 300MHz-3GHz）、特高频（SHF 3GHz-30GHz）以及极高频（30GHz-300GHz）

◆能量耦合原理

LF、HF频段RFID标签一般采用电磁耦合原理。

UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。

◆LF和HF频段标签耦合方式说明

低频、高频标签一般为无源标签，其工作能量通过电磁耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与阅读器之间传送数据时，标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。标签的阅读距离一般情况下小于1米。典型应用：动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）等。

◆UHF频段标签耦合方式说明

微波射频标签可分为有源标签与无源标签两类。工作时，射频标签位于阅读器天线辐射场的远区场内，标签与阅读器之间的耦合方式为电磁发射原理。阅读器天线辐射场

为无源标签提供射频能量，将有源标签唤醒。相应的射频识别系统阅读距离一般大于1m，典型情况为4m～6m，最大可达10m以上。阅读器天线一般均为定向天线，只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签可被读/写。由于阅读距离的增加，应用中有可能在阅读区域中同时出现多个射频标签的情况，从而提出了多标签同时读取的需求。

目前，先进的射频识别系统均将多标签识读问题作为系统的一个重要特征。超高频标签主要用于铁路车辆自动识别、集装箱识别，还可用于公路车辆识别与自动收费系统中。

●标签分类的小结

不同频率的标签有不同的特点，例如，低频标签比超高频标签便宜，节省能量，穿透废金属物体力强，工作频率不受无线电频率管制约束，最适合用于含水成分较高的物体，例如水果等；超高频作用范围广，传送数据速度快，但比较耗能，穿透力较弱，作业区域不能有太多干扰，适用于监测港口、仓储等物流领域的物品；而高频标签属中短距识别，读写速度也居中，产品价格也相对便宜，比如应用在电子票证一卡通上。

按照电特性进行分类外，按照标签是否有背胶，可分为干嵌体和湿标签；按基材材料，可分为PVC标签和纸质标签；按照标签尺寸、形状进行分类等，这都是在具体应用中的延伸。

●标签的性能指标

◆标签存储容量

基于存储器的系统有一个基本的规律，那就是存储容量总是不够用。毋庸置疑，扩大系统存储容量自然会扩大应用领域，也就因此需要有更多的存储容量。标签存储容量即以上提到的EEPROM的容量。

标签存储内容的编码格式由EPC标准规定，因此用户区的编码内容也要尽量遵循EPC标准。

◆数据传输速率

只读速率

RFID只读系统的数据传输速率取决于代码的长度、数据发送速率、读写距离、载波频率，以及数据传输的调制技术等因素。传输速率随实际应用中产品种类的不同而不同。

无源读写速率

无源读写RFID系统的数据传输速率决定因素与只读系统一样，不过除了要考虑读数据外，还要考虑写数据。传输速率随实际应用中产品种类的不同而有所变化。

有源读写速率

有源读写RFID系统的数据传输速率决定因素与无源系统一样，不同的是无源系统需要激活标签上的电容充电来进行通信。

◆读写距离

读写距离除了与阅读器密切相关外，与标签自身也有很大的关系。

标签天线的设计（方向图、方向性系数、有效长度、效率、增益、天线阻抗、极化和频带宽度）

标签的摆放位置

◆温度指标

标签能正常工作的温度范围，决定了标签能安装的具体位置。

◆射频载波频率

低频系统不存在理论上的读取可靠性问题。而且不会受到磁场内湿度的影响。

微波系统有长射程的优势，但它有一个被称为“驻波无效”(Standing Wave Nulls)的缺点。驻波无效就是在磁场的一定区域内(盲区)标签不能被读取。盲区是不可预知的，